一种快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法

本发明涉及土壤修复，特别涉及快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法。

背景技术：

1、由镉(cd)污染的农业土壤通过食物链暴露给人类造成了严重的健康问题。土壤中的cd可通过食物链进入人体，威胁人体健康。由于cd具有不可生物降解性、生物蓄积性和高毒性，它会对人的大脑、骨骼和肝脏造成损害。土壤中镉含量高主要是由电镀、精炼厂和矿山排放等人为活动造成的。

2、例如中国专利，公布号为cn115254939a公开了一种镉污染土壤修复设备，包括反应釜以及固定连接在反应釜上端面两侧的进料管一与进料管二；反应釜的下端面环形固定支撑腿，中部固定连接有排料管；反应釜的上端面中部固定连接有电机，所述反应釜的内部从上往下依次分布有破碎机构、反应机构以及筛选机构，能够实现对土壤破碎、反应、筛选一系列过程。本发明通过设计破碎机构、反应机构以及筛选机构，配合电机驱动搅拌杆能够对进入反应釜内部的较大结块土壤充分破碎，然后使土壤与反应微球充分混合接触反应，进一步的对处理后的土壤进行筛选过滤，实现较好的土壤处理修复，提高土壤修复效率以及处理效果，降低重金属镉的残留量。现有技术中，所采用的物理修复方法具有如下缺陷：1、使用较多的机械设备，成本较高。2、耗能高。3、碳排放多。4、对土壤质量影响较大。

3、采用化学法，例如中国专利，公布号为cn115647023a公开了一种复合修复镉污染稻田土壤的方法，容易破坏土壤结构、因添加化学药剂易产生二次污染等。

4、因此，有必要提供快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，固定土壤cd，降低其有效性，减少cd对人体带来的危害，并且能够提升土壤质量。

技术实现思路

1、本发明提供了一种快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，能够固定土壤cd，降低其有效性，减少cd对人体带来的危害，并且能够提升土壤质量。

2、为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

3、一种快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，包括如下步骤：

4、步骤1，预先制备lb培养基和产脲酶菌株筛选培养基；

5、步骤2，将镉污染土壤放入至lb培养基中，并振荡静置，然后取其上清液采用稀释涂布平板法进行稀释得稀释液，将稀释液均匀涂布于产脲酶菌株筛选培养基上培养，然后利用16s rrna序列测定确定种属，获取产脲酶菌株；

6、步骤3，将产脲酶菌株在无菌好氧批量酵母提取物生长介质中培养，然后收集产脲酶细菌细胞，用0.85％生理盐水冲洗两次，再用生理盐水重悬，得到产脲酶菌体；

7、步骤4，添加0.0006％(w/w)尿素及0.00125％(w/w)cacl2到镉污染土壤，并均匀混合，得修复土壤；然后在修复土壤中加入1％水稻秸秆(w/w)及1％产脲酶菌体(v/w)；修复土壤在25℃下培养，修复土壤水分保持在基质田间持水能力的70％，修复土壤在光照培养箱中培养，昼夜光照时间为12h。

8、进一步，lb培养基的制备方式为：将胰蛋白酶10g、酵母提取物5g和nac110g，或琼脂18-20g混合，再将ph调节至6.5-7.5，然后121℃高压灭菌30min。

9、进一步，调节ph时，所用的naoh和hc1的浓度均为0.1mol/l。

10、进一步，产脲酶菌株筛选培养基制备方式为：将蛋白胨1g/l，氯化钠5g/l，磷酸二氢钾2g/l，葡萄糖1g/l，酚红溶液0.012g/l和20g/l琼脂，并调节至ph＝7，然后冷却灭菌至50℃加入过滤灭菌的40％的尿素溶液50ml。

11、进一步，步骤2中，镉污染土壤取自废弃矿山周围的土壤，并去除表层5cm土壤，从5-20cm处取土，用无菌取土铲挖取0-10cm土壤置于无菌50ml离心管中，将全部的离心管装入放有冰袋的保温盒里储存。

12、进一步，步骤2中，称取2g镉污染土壤放置于，经高压灭菌处理后的广口锥形瓶，瓶中内含100ml lb液体培养基，在30℃、150r/min恒温摇床中振荡24h，使镉污染土壤中菌体、芽孢分散，静置5min后取其上清液采用稀释涂布平板法依次稀释到10-7，分别取10-5、10-6、10-7的稀释液均匀涂布于产脲酶菌筛选培养基上，放入30℃的恒温培养箱中培养24h通过观察不同平板上菌株的生长速度、生长量以及酶促反应变色状况初步筛选出生长能力强、产脲酶活性高的菌株，通过观察其菌落特征等进行初步鉴定。

13、进一步，步骤4中，水稻秸秆用去离子水清洗干净，60℃烘箱烘干48h，碾碎筛分至<1mm。

14、进一步，步骤4中，为了获得最佳的修复效率，在细菌活性最高的培养20天后采集土壤样品，测定。

15、基础方案原理及有益效果如下：1、快速、高效固定镉

16、20天后，土壤镉以沉淀形式固定在土壤中，实现永久固定；其反应方程式为：

17、(nh2)2co+h2o→2nh3+co2(反应式1)

18、2nh3+2h2o→2nh4++2oh-(反应式2)

19、co2+2oh-→hco3–+oh-→co32–+h2o(反应式3)

20、ca2++co32–→caco3(↓)(反应式4)

21、cd2++co32–→cdco3(↓)(反应式5)

22、细菌通过必要的代谢基因介导的尿溶途径进行镉固定。尿素被产脲酶细菌分泌的脲酶水解成nh4+和co2(反应式1)。在水解过程中，co32-被释放(反应式2-3)，导致ca2+以caco3的形式沉淀(反应式4)。同时cd可代换ca，与生成cdco3(反应式5)。

23、这个过程是细菌的代谢过程，反应快速。即使是在土壤里面，在20天内就可快速降低镉有效性。

24、2、提高土壤肥力

25、同时水稻秸秆可为土壤提供丰富的有机质、npk输入，直接提高土壤肥力。同时水稻秸秆输入可为微生物活动提供营养物质，刺激微生物代谢，间接提高土壤酶活性、土壤养分含量。

技术特征：

1.一种快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，其特征在于，lb培养基的制备方式为：将胰蛋白酶10g、酵母提取物5g和nac110g，或琼脂18-20g混合，再将ph调节至6.5-7.5，然后121℃高压灭菌30min。

3.根据权利要求2所述的快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，其特征在于，调节ph时，所用的naoh和hc1的浓度均为0.1mol/l。

4.根据权利要求3所述的快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，其特征在于，产脲酶菌株筛选培养基制备方式为：将蛋白胨1g/l，氯化钠5g/l，磷酸二氢钾2g/l，葡萄糖1g/l，酚红溶液0.012g/l和20g/l琼脂，并调节至ph＝7，然后冷却灭菌至50℃加入过滤灭菌的40％的尿素溶液50ml。

5.根据权利要求4所述的快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，其特征在于，步骤2中，镉污染土壤取自废弃矿山周围的土壤，并去除表层5cm土壤，从5-20cm处取土，用无菌取土铲挖取0-10cm土壤置于无菌50ml离心管中，将全部的离心管装入放有冰袋的保温盒里储存。

6.根据权利要求5所述的快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，其特征在于，步骤2中，称取2g镉污染土壤放置于，经高压灭菌处理后的广口锥形瓶，瓶中内含100mllb液体培养基，在30℃、150r/min恒温摇床中振荡24h，使镉污染土壤中菌体、芽孢分散，静置5min后取其上清液采用稀释涂布平板法依次稀释到10-7，分别取10-5、10-6、10-7的稀释液均匀涂布于产脲酶菌筛选培养基上，放入30℃的恒温培养箱中培养24h通过观察不同平板上菌株的生长速度、生长量以及酶促反应变色状况初步筛选出生长能力强、产脲酶活性高的菌株，通过观察其菌落特征等进行初步鉴定。

7.根据权利要求6所述的快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，其特征在于，步骤4中，水稻秸秆用去离子水清洗干净，60℃烘箱烘干48h，碾碎筛分至<1mm。

8.根据权利要求7所述的快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，其特征在于，步骤4中，为了获得最佳的修复效率，在细菌活性最高的培养20天后采集土壤样品，测定。

技术总结
本发明涉及土壤修复技术领域，具体公开了快速固定重金属镉同时提升土壤质量的修复方法，步骤1，预先制备LB培养基和产脲酶菌株筛选培养基；步骤2，将镉污染土壤放入至LB培养基中，并振荡静置，然后取其上清液采用稀释涂布平板法进行稀释，将稀释液均匀涂布于产脲酶菌株筛选培养基上培养，然后利用16SrRNA序列测定确定种属，获取产脲酶菌株；步骤3，将产脲酶菌株在无菌好氧批量酵母提取物生长介质中培养，得到产脲酶菌体；步骤5，添加产脲酶菌株及水稻秸秆于待修复土壤，修复土壤在25℃下培养，水分保持在基质田间持水量的70％，修复土壤在光照培养箱中培养。本发明高效、快速的固定土壤镉，提高土壤肥力、有效维持土壤肥力和功能，利于农田产出。

技术研发人员：徐敏,蔡倩,吕杰杰,陈果,马菁,王金坪,伍钧,龙威宇,周伦理,丁嘉文,赵莞东,杨刚
受保护的技术使用者：四川农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13